EP0823628A2 - Optischer Sensor - Google Patents

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EP0823628A2
EP0823628A2 EP97113077A EP97113077A EP0823628A2 EP 0823628 A2 EP0823628 A2 EP 0823628A2 EP 97113077 A EP97113077 A EP 97113077A EP 97113077 A EP97113077 A EP 97113077A EP 0823628 A2 EP0823628 A2 EP 0823628A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
optical
cavity
transmitting
flange
Prior art date
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Ceased
Application number
EP97113077A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0823628A3 (de
Inventor
Alfred Prof. Dr.-Ing. Leipertz
Stefan Dr.-Ing. Will
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ESYTEC Energie- und Systemtechnik GmbH
AEG Hausgeraete GmbH
Original Assignee
ESYTEC Energie- und Systemtechnik GmbH
AEG Hausgeraete GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by ESYTEC Energie- und Systemtechnik GmbH, AEG Hausgeraete GmbH filed Critical ESYTEC Energie- und Systemtechnik GmbH
Priority to EP02010027A priority Critical patent/EP1233263A3/de
Publication of EP0823628A2 publication Critical patent/EP0823628A2/de
Publication of EP0823628A3 publication Critical patent/EP0823628A3/de
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
    • G01N21/534—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke by measuring transmission alone, i.e. determining opacity
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L15/00—Washing or rinsing machines for crockery or tableware
    • A47L15/42—Details
    • A47L15/4297—Arrangements for detecting or measuring the condition of the washing water, e.g. turbidity
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F34/00—Details of control systems for washing machines, washer-dryers or laundry dryers
    • D06F34/14—Arrangements for detecting or measuring specific parameters
    • D06F34/22—Condition of the washing liquid, e.g. turbidity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N21/8507—Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F2103/00—Parameters monitored or detected for the control of domestic laundry washing machines, washer-dryers or laundry dryers
    • D06F2103/20—Washing liquid condition, e.g. turbidity
    • D06F2103/22—Content of detergent or additives

Definitions

  • the invention relates to an optical sensor used for the detection of optical Signals in an environment is designed, the components of the sensor largely should be tightly shielded from the environment and the sensor against the Properties of the surrounding medium, such as. B. the temperature, chemical aggressiveness etc., should be largely protected.
  • Such a medium is, for example, the washing liquor of a washing machine or Dishwasher detergent solution.
  • optical sensors for determining the turbidity of the Wash or rinse water used From the detected signals, i.e. H. from the measured Cloudiness of the lye can draw conclusions for the further washing or rinsing process, especially about the need for fresh water, the degree of purity of the Laundry or dishes etc. are pulled.
  • the turbidity of a wash liquor is determined by an optical sensor in the Rule in transmitted light or absorbance measurement. With the optical described below Scattered light measurement is also possible.
  • transmitted light or absorbance measurement is that emitted by a transmitter and attenuated by the wash liquor Light detected by a receiver.
  • To attenuate the transmitted light mainly carry out scattering and absorption processes of the dissolved or dispersed substances.
  • transmitter units in the near infrared The area shows that dyeing of the lye usually counteracts the cloudiness caused by the Detergents are negligible.
  • the object of the invention is to provide an optical sensor that protects against external influences is largely protected.
  • optical sensor consisting of a transmitting and receiving part there, at least the transmitting or receiving part a means for light emission or detection, which is introduced into a cavity which with a optically transparent object is completed.
  • the transmitting part with a collimating and / or the receiving part be completed with a focusing object.
  • the collimating or focusing Object spherical represents the the most economical and simplest form of a collimating or focusing lens. In terms of assembly technology, it can also be easily and tightly sealed to one that is to be detected Complete the medium.
  • the cavity is formed by a tube.
  • the means for Record and shield light emission and detection particularly well and by appropriate Bring the pipe to the desired measuring point.
  • An optical waveguide is particularly suitable, in particular lets, as a means for light emission simply insert an optical fiber into a thin tube.
  • An optimal efficiency of the sensor can be achieved if the optical fiber is spaced from the spherical object.
  • the means for light emission or detection do not necessarily have to be an optical waveguide have, but could directly include a light emitting diode in front of the collimating optical object, for example a glass ball, are arranged.
  • the electrical connections of this photodiode would then have to go through the cavity, for example through the pipe, are led to the outside.
  • this is disadvantageous as the photodiodes are in the cavity around which the medium flows and are therefore more exposed to temperature fluctuations or other influences, as if they were outside the medium to be measured.
  • the cavity of the transmitting and receiving part is connected to a flange that The transmitter and receiver are accessible on the connection side and the sensor by means of the flange can be introduced tightly into a medium to be detected.
  • the light emitting diodes or in general the means that the optical signals in convert electrical and vice versa, outside of the room in which to be detected Medium is located are arranged and are therefore absolutely separate from influences caused by the medium.
  • the converter units outside the vat for example in the other control units of the Have the device integrated.
  • the supply line can be connected via an optical fiber Connection to be introduced into the tub.
  • the optical fibers can be outside the Vats can already be laid in a pipe or freely.
  • a separate connection for the sensor can be made, for example, via a screw connection or another medium-tight connection can be provided.
  • the means for light emission or detection can be particularly advantageously by means of a Pipe over the flange of a heating element of a washing machine or dishwasher in insert the tub so that only the flange of the heating element is designed accordingly must be, but no special additional opening in the tub got to.
  • the sensor arrangement is designed so that at least two sensors are different have long measuring distances, aging, pollution, remaining Temperature and possible other influences affecting the performance of the sensor compensate in the sensor arrangement.
  • two sensors can work together connected that they mechanically stabilize each other.
  • the sensors are operated with different wavelengths, of which at least one is in the visible spectral range, so it can also be different Detect the color of the medium.
  • a transmitting part can be used that can be operated with different wavelengths. Leave with it detect the color of the medium with just one sensor.
  • the integration of the optical sensor in a heating element is one Household appliance particularly advantageous. But this does not only apply to the previous ones Characteristics defined sensor, but in general on a sensor for turbidity measurement, regardless of its structure, too.
  • Fig. 1 shows a means for light emission, which, for example, in a cavity HR can be formed by a tube is introduced.
  • a - serves as a means of light emission partially shown - optical fiber LW.
  • the end of the optical fiber LW is in Distance d to a collimating or focusing optical object.
  • this object is a glass ball GK.
  • the light bundle L leaves the optical fiber LF at an opening angle phi collimates through the glass ball GK and strikes the object to be detected as a parallel light beam Medium.
  • the diameter and the position of the glass ball GK is based on the numerical Adjust the aperture of the optical fiber. The means or calculation methods for this are well known to the person skilled in the art.
  • the distance between the glass ball GK or more precisely between the object-side main plane of the spherical optics and the fiber LF correspond to the object-side focal length of the spherical optics.
  • the numerical aperture of the Fiber should be selected so that the sphere is illuminated as completely as possible at this distance is.
  • the receiver E is constructed in the same way as the transmitter S.
  • the glass ball GK is used at the receiver E to focus the parallel light beam L.
  • the cavity HR of the receiver or the transmitter could also be, for example Rectangle or the means for light detection or the means for light emission could integrated into an existing housing of a wash tub or a rinsing container will;
  • the optical waveguide LW could be by another means, for example be replaced by a light-emitting diode etc.
  • the measuring section is between the two glass spheres GK of the transmitter and receiver.
  • Fig. 3 shows an optical sensor with a transmitting and receiving part S, E, which in one Heating element of a household appliance, for example a washing machine or a dishwasher, can be used.
  • the heating element consists of a flange FL, the one Seal D for the water- or alkali-tight closure of the tub or rinsing container having.
  • the heating elements HS in - shown only partially here - are flanged over the flange introduced the vat.
  • the Flange FL designed to receive a metal pipe MR.
  • the LW fiber optic cables can thus from the outside into the metal tube or tubes of the transmitter S and the receiver E. be introduced.
  • the metal tube MR of the transmitter S and the receiver E are each completed with glass balls GK.
  • the measuring section is located between the glass spheres GK m. From the outside, i.e. H. from the one facing away from the heating element and the sensor
  • the optical fibers LW are guided to a circuit board LP and there to the converter units, d. H. to a transmitter diode SD and a receiver diode ED, connected.
  • the transmitter diode SD and the receiver diode ED have input and output sides electrical connections A on. There are others on the circuit board - shown in broken lines Transmitter and receiver diodes are provided, since the washing or Rinsing liquor can also be used in a sensor arrangement with several optical sensors can.
  • FIG. 4 A sensor arrangement with two optical sensors is shown in FIG. 4.
  • the transmitting and receiving means are not above the Heating rod flange but connected via a separate threaded flange GF.
  • the measuring section m1 is shorter than the measuring section m2. Because of the different Lengths of the measuring sections can, for example, aging processes of the Compensate sensors.
  • the arrangement with the two measuring sections m1, m2 has at the same time the advantage that the tubes in which the transmitter and receiver units are housed are connected to each other, for example by gluing or by soldering can so that they mutually stabilize and the measuring distances m1, m2 axially stay aligned.
  • the application of the sensor for the detection of optical signals is not on the Limited range of household appliances. Rather, the Process engineering requires an optical sensor that is largely compared to the properties the surrounding medium is protected. This applies, for example, to use in pipelines, boilers, etc. in the chemical industry, environmental technology or Water treatment.
  • a sensor or a sensor arrangement can be screwed into a pipe, for example or otherwise tightly introduced into a container by means of a flange be that transmission and reception parts are accessible on the connection side.
  • Existing bushings can be used for other sensors.
  • a sensor or a sensor arrangement can be used in many different ways will.
  • the sensor for turbidity measurement and derived from it use to determine the concentration of a dispersed or dissolved substance.
  • the concentration of a dispersed or dissolved substance By using a sensor or a sensor combination with light emission in The color of a medium can be determined using different spectral bands.
  • the senor in addition to using the sensor in aqueous media, it can also be used in other media Fluid states possible, for example in the gas phase. So the sensor can be cheap in Reaction chambers or used in all other areas of application to e.g. due to the temperature a direct measurement with other optical arrangements not possible.
  • a suitable selection of transmitter and receiver unit for example, are also possible the concentrations of liquid or gaseous components can be determined absolutely or relatively, the sensor signal also for regulating a process or reaction technology Process can be used.
  • a media-tight degree is not absolutely required, rather For example, a partial diffusion of the medium into the sensor can be tolerated. as long as no significant thermal or chemical damage to the integrated in the sensor Components takes place and a signal can still be detected with sufficient accuracy can.

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Abstract

Ein optischer Sensor der weitgehend gegen die Eigenschaften eines zu untersuchenden Mediums geschützt ist, besteht u. a. aus einem Lichtwellenleiter (LW), der in ein Metallrohr (HR) eingebracht ist. Das Metallrohr (HR) ist mit einer Glaskugel (GK) als Linse abgeschlossen. Die elektrischen Mittel (SD, ED) befinden sich außerhalb des zu detektierenden Mediums. Der Sensor kann insbesondere zur Detektion der Trübung einer Wasch- oder Geschirrspüllauge verwendet werden, wobei er in einen Heizstab integriert werden kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Sensor, der zur Detektion von optischen Signalen in einer Umgebung konzipiert ist, wobei die Bestandteile des Sensors weitgehend dicht gegen die Umgebung abgeschirmt sein sollen und wobei der Sensor gegenüber den Eigenschaften des umgebenden Mediums, wie z. B. der Temperatur, chemischer Aggressivität etc., weitgehend geschützt sein soll.
Ein solches Medium stellt beispielsweise die Waschlauge einer Waschmaschine oder die Spüllauge einer Spülmaschine dar.
In den genannten Geräten werden optische Sensoren zur Trübungsbestimmung der Wasch- bzw. Spüllauge verwendet. Aus den detektierten Signalen, d. h. aus der gemessenen Trübung der Lauge können Rückschlüsse für den weiteren Wasch- bzw. Spülvorgang, insbesondere über die Notwendigkeit der Zufuhr von Frischwasser, dem Reinheitsgrad der Wäsche bzw. des Geschirrs etc., gezogen werden.
Die Trübungsbestimmung einer Waschlauge durch einen optischen Sensor erfolgt in der Regel in Durchlicht- bzw. Extinktionsmessung. Mit dem nachfolgend beschriebenen optischen Sensor ist aber auch eine Streulichtmessung möglich. Bei der Durchlicht- bzw. Extinktionsmessung wird das von einem Sender emittierte und durch die Waschlauge gedämpfte Licht von einem Empfänger detektiert. Zur Dämpfung des transmittierten Lichtes tragen vornehmlich Streu- und Absorbtionsprozesse der in der Waschlauge gelösten bzw. dispergierten Substanzen bei. Für den Einsatz von Sendereinheiten im nahen infraroten Bereich zeigt sich, daß Einfärbungen der Lauge in der Regel gegen die Trübung durch das Waschmittel zu vernachlässigen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es einen optischen Sensor zu schaffen, der gegen äußere Einflüsse weitgehend geschützt ist.
Diese Aufgabe wird mit einem optischen Sensor gelöst, der aus einem Sende- und Empfangsteil besteht, wobei mindestens der Sende- oder Empfangsteil ein Mittel zur Lichtemission bzw. Detektion aufweist, das in einen Hohlraum eingebracht ist, der mit einem optisch durchlässigen Gegenstand abgeschlossen ist.
Um den Strahlungsfluß bzw. die Bestrahlungsstärke und damit das detektierte Signal zu erhöhen, kann dabei der Sendeteil mit einem kollimierenden und/oder der Empfangsteil mit einem fokussierenden Gegenstand abgeschlossen sein.
Nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der kollimierende bzw. fokussierende Gegenstand kugelförmig ausgebildet. Ein kugelförmiger optischer Gegenstand stellt die ökonomischste und einfachste Form einer kollimierenden bzw. fokussierenden Linse dar. Er läßt sich außerdem montagetechnisch einfach und dicht gegenüber einem zu detektierenden Medium abschließen.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß der Hohlraum durch ein Rohr gebildet ist. Mittels eines dünnen Rohres lassen sich die Mittel zur Lichtemission bzw. -detektion besonders gut aufnehmen und abschirmen und durch entsprechende Rohrverlegung an die gewünschte Meßstelle bringen.
Als Mittel zur Lichtemission ist ein Lichtwellenleiter besonders geeignet, insbesondere läßt sich ein Lichtwellenleiter einfach in ein dünnes Rohr einbringen.
Ein optimaler Wirkungsgrad des Sensors läßt sich dann erreichen, wenn der Lichtwellenleiter beabstandet zum kugelförmigen Gegenstand angeordnet ist.
Die Mittel zur Lichtemission bzw. -detektion müssen nicht zwangsläufig einen Lichtwellenleiter aufweisen, sondern könnten direkt eine Leuchtdiode beinhalten, die vor dem kollimierenden optischen Gegenstand, beispielsweise einer Glaskugel, angeordnet sind. Dabei müßten dann die elektrischen Anschlüße dieser Fotodiode durch den Hohlraum, beispielsweise durch das Rohr, nach außen geführt werden. Dies ist aber insofern nachteilig als die Fotodioden sich im vom Medium umspülten bzw. umgebenen Hohlraum befinden und somit Temperaturschwankungen oder anderen Einflüssen mehr ausgesetzt sind, als wenn sie sich außerhalb des zu vermessenden Mediums befänden.
Dieser Nachteil wird nach einer besonders vorteilhaften Ausbildung dadurch Vermieden, daß der Hohlraum des Sende- und Empfangsteils so mit einem Flansch verbunden ist, daß Sende- und Empfangsteil anschlußseitig zugänglich sind und der Sensor mittels des Flansches dicht in ein zu detektierendes Medium einbringbar ist. Bei dieser Ausführungsform können dann die Leuchtdioden oder allgemein die Mittel, die die optischen Signale in elektrische umwandeln und umgekehrt, außerhalb des Raumes in dem sich das zu detektierende Medium befindet, angeordnet werden und sind damit absolut getrennt von Einflüssen die durch das Medium hervorgerufen werden. Für ein Haushaltsgerät wie einen Waschautomaten oder einen Geschirrspülautomaten bedeutet dies, daß sich die Wandlereinheiten außerhalb des Bottichs, beispielsweise in den übrigen Steuereinheiten des Gerätes integrieren lassen. Die Zuleitung kann mittels der Lichtwellenleiter über einen Anschluß in den Bottich eingebracht werden. Die Lichtwellenleiter können außerhalb des Bottichs bereits in einem Rohr oder auch frei verlegt werden.
Als Anschluß kann dabei ein gesonderter Anschluß für den Sensor beispielsweise über eine Schraubverbindung oder eine andere mediumdichte Verbindung vorgesehen werden. Besonders vorteilhaft lassen sich die Mittel zur Lichtemission bzw. -detektion mittels eines Rohres über den Flansch eines Heizstabes eines Wasch- oder Geschirrspülautomaten in den Bottich einbringen, so daß lediglich der Flansch des Heizstabes entsprechend ausgebildet sein muß, jedoch keine besondere zusätzliche Öffnung im Bottich vorgesehen werden muß.
Als besonders vorteilhaft zur Messung des Zustands eines Mediums erweist sich eine Sensoranordnung mit mindestens zwei optischen Sensoren. Diese beiden Sensoren können aus einem Sende- und zwei Empfangsteilen oder einem Empfangs- und zwei Sendeteilen oder jeweils aus einem Sende- und Empfangsteil gebildet werden. Alle diese Variationen ermöglichen beispielsweise die Bildung von unterschiedlich langen Meßstrecken.
Wenn die Sensoranordnung so ausgebildet ist, daß mindestens zwei Sensoren unterschiedlich lange Meßstrecken aufweisen, lassen sich Alterungs-, Verschmutzungs-, restliche Temperatur- und mögliche sonstige, die Leistung des Sensors beeinträchtigende Einflüsse in der Sensoranordnung kompensieren. Außerdem können zwei Sensoren so miteinander verbunden werden, daß sie sich gegenseitig mechanisch stabilisieren.
Werden die Sensoren mit unterschiedlichen Wellenlängen betrieben, von denen mindestens eine im sichtbaren Spektralbereich liegt, so lassen sich damit auch unterschiedliche Färbungen des Mediums detektieren.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann ein Sendeteil verwendet werden, das mit unterschiedlichen Wellenlängen betrieben werden kann. Damit lassen sich mit nur einem Sensor die Färbungen des Mediums detektieren.
Wie bereits erwähnt, ist die Integration des optischen Sensors in einen Heizstab eines Haushaltsgerätes besonders vorteilhaft. Dies trifft aber nicht nur auf den durch die bisherigen Merkmale definierten Sensor, sondern ganz allgemein auf einen Sensor zur Trübungsmessung, unabhängig von seinem jeweiligen Aufbau, zu.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.
Dabei zeigen:
Fig. 1
ein Mittel zur Lichtemission S,
Fig. 2
eine optische Meßstrecke bestehend aus einem Mittel zur Lichtemission S und einem Mittel zur Lichtdetektion E,
Fig. 3
einen optischen Sensor, der in einem Heizstab integriert ist, und
Fig. 4
einen optischen Sensor mit zwei Meßstrecken
Fig. 1 zeigt ein Mittel zur Lichtemission, das in einem Hohlraum HR, der beispielsweise durch ein Rohr gebildet sein kann, eingebracht ist. Als Mittel zur Lichtemission dient ein - teilweise dargestellter - Lichtwellenleiter LW. Das Ende des Lichtwellenleiters LW ist im Abstand d zu einem kollimierenden bzw. fokussierenden optischen Gegenstand angeordnet. Dieser Gegenstand ist im Ausführungsbeispiel eine Glaskugel GK.
Das Lichtbündel L verläßt die Lichtleitfaser LF unter einem Öffnungswinkel phi, wird durch die Glaskugel GK kollimiert und trifft als paralleles Lichtbündel auf das zu detektierende Medium. Der Durchmesser und die Lage der Glaskugel GK ist auf die numerische Apertur des Lichtwellenleiters abzustimmen. Die Mittel bzw. Berechnungsmethoden dafür sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Der Abstand zwischen der Glaskugel GK oder genauer zwischen objektseitiger Hauptebene der Kugeloptik und der Faser LF soll dabei der objektseitigen Brennweite der Kugeloptik entsprechen. Die numerische Apertur der Faser ist so zu wählen, daß bei diesem Abstand die Kugel möglichst vollständig ausgeleuchtet ist.
Fig. 2 zeigt einen Teil einer optischen Sensoranordnung mit jeweils einem Mittel zur Lichtemission als Sender S und einem Mittel zur Lichtdetektion als Empfänger E. Dabei ist der Empfänger E konstruktiv in gleicher Weise aufgebaut wie der Sender S. Die Glaskugel GK dient beim Empfänger E zur Fokussierung des parallel auftreffenden Lichtbündels L. Dieser konstruktiv gleiche Aufbau des Empfängers bzw. des Senders ist jedoch nicht zwingend, der Hohlraum HR des Empfängers bzw. des Senders könnte beispielsweise auch ein Rechteck sein oder das Mittel zur Lichtdetektion bzw. das Mittel zur Lichtemission könnte in ein bereits vorhandenes Gehäuse eines Waschbottichs oder eines Spülbehälters integriert werden; der Lichtwellenleiter LW könnte durch ein anderes Mittel, beispielsweise durch eine Leuchtdiode etc., ersetzt werden. Die Meßstrecke befindet sich zwischen den beiden Glaskugeln GK des Senders und Empfängers.
Fig. 3 zeigt einen optischen Sensor mit einem Sende- und Empfangsteil S, E, der in einen Heizstab eines Hausgeräts, beispielsweise einer Waschmaschine oder einer Geschirrspülmaschine, eingesetzt werden kann. Der Heizstab besteht aus einem Flansch FL, der eine Dichtung D für den wasser- bzw. laugendichten Abschluß des Bottichs oder Spülbehälter aufweist. Über den Flansch werden die - hier nur teilweise gezeigten - Heizstäbe HS in den Bottich eingebracht.
Zur Einbringung des Senders S und des Empfängers E des optischen Sensors ist der Flansch FL zur Aufnahme eines Metallrohres MR ausgebildet. Die Lichtwellenleiter LW können somit von außen in das bzw. die Metallrohre des Senders S und des Empfängers E eingebracht werden. Das Metallrohr MR des Senders S und des Empfängers E sind jeweils mit Glaskugeln GK abgeschlossen. Zwischen den Glaskugeln GK Befindet sich die Meßstrecke m. Von der Außenseite, d. h. von der dem Heizstab und dem Sensor abgewandten Seite des Flansches FL, werden die Lichtwellenleiter LW zu einer Leiterplatte LP geführt und dort an die Wandlereinheiten, d. h. an eine Senderdiode SD und eine Empfängerdiode ED, angeschlossen.
Die Senderdiode SD und die Empfängerdiode ED weisen eingangs- bzw. ausgangsseitig elektrische Anschlüße A auf. Auf der Leiterplatte sind - gestrichelt dargestellt - weitere Sender- und Empfangsdioden vorgesehen, da zur Detektion der Trübung der Wasch- bzw. Spüllauge auch eine Sensoranordnung mit mehreren optischen Sensoren verwendet werden kann.
Eine Sensoranordnung mit zwei optischen Sensoren ist in Fig. 4 dargestellt. Im Gegensatz zur Darstellung gemäß Fig. 3 sind in Fig. 4 die Sende- und Empfangsmittel nicht über den Heizstabflansch sondern über einen gesonderten Gewindeflansch GF angeschlossen. Wie deutlich zu sehen ist, ist die Meßstrecke m1 kürzer als die Meßstrecke m2. Durch die unterschiedlichen Längen der Meßstrecken lassen sich beispielsweise Alterungsprozesse der Sensoren kompensieren. Die Anordnung mit den zwei Meßstrecken m1, m2 hat gleichzeitig den Vorteil, daß die Röhrchen, in denen die Sende- und Empfangseinheiten untergebracht sind, miteinander beispielsweise durch Klebung oder durch Löten verbunden werden können, so daß sie sich gegenseitig stabilisieren und die Meßstrecken m1, m2 axial aufeinander ausgerichtet bleiben.
Die Anwendung des Sensors zur Erfassung von optischen Signalen ist dabei nicht auf den Bereich der Haushaltsgeräte beschränkt. Vielmehr wird auch in anderen Bereichen der Verfahrenstechnik ein optischer Sensor benötigt, der weitgehend gegenüber den Eigenschaften des umgebenden Mediums geschützt ist. Dies gilt beispielsweise für den Einsatz in Rohrleitungen, Kesseln, etc. in der chemischen Industrie, der Umwelttechnik oder der Wasseraufbereitung.
Ein Sensor oder eine Sensoranordnung kann dabei beispielsweise so in ein Rohr eingeschraubt oder auf sonstige Weise mittels eines Flansches in ein Behältnis dicht eingebracht werden, daß Sende- und Empfangsteile anschlußseitig zugänglich sind. Hierbei können bereits vorhande Durchführungen für andere Sensoren genutzt werden.
Ein Sensor oder eine Sensoranordnung kann dabei auf unterschiedlichste Weise genutzt werden. Beispielsweise läßt sich der Sensor zur Trübungsmessung und daraus abgeleitet zur Bestimmung der Konzentration einer dispergierten oder gelösten Substanz einsetzen. Durch die Verwendung eines Sensors oder einer Sensorkombination mit Lichtemission in unterschiedlichen Spektralbändern kann die Farbe eines Mediums bestimmt werden.
Neben der Anwendung des Sensors in wäßrigen Medien ist ein Einsatz auch in anderen Fluidzuständen, beispielsweise in der Gasphase möglich. So kann der Sensor günstig in Reaktionskammern oder in allen anderen Anwendungsbereichen eingesetzt werden, bei denen z.B. aufgrund der Temperatur eine direkte Messung mit anderen optischen Anordnungen nicht möglich ist.
Über eine geeignete Auswahl von Sender- und Empfängereinheit sind zum Beispiel auch die Konzentrationen flüssiger oder gasförmiger Komponenten absolut oder relativ bestimmbar, wobei das Sensorsignal auch zur Regelung eines verfahrens- oder reaktionstechnischen Prozesses verwendet werden kann.
Generell gilt für alle Anwendungsfälle, daß je nach den Eigenschaften des zu untersuchenden Mediums ein mediendichter Abschluß nicht zwingend gefordert ist, vielmehr kann beispielsweise eine teilweise Diffusion des Mediums in den Sensor geduldet werden, solange keine wesentliche thermische oder chemische Beschädigung der im Sensor integrierten Komponenten erfolgt und ein Signal noch ausreichend genau detektiert werden kann.

Claims (15)

  1. Optischer Sensor mit einem Sendeteil (S) und einem Empfangsteil (E), wobeider Sendeteil (S) ein Mittel zur Lichtemission (LW) und der Empfangsteil ein Mittel zur Lichtdetektion (LW) aufweist, von denen ein oder beide Mittel in einen jeweils eigenen Hohlraum eingebracht ist bzw. sind, wobei der Hohlraum mit einem optischen Gegenstand (GK) abgeschlossen ist.
  2. Sensor nach Anspruch 1, wobei der Hohlraum, in dem sich das lichtemittierende Mittel (LW) befindet, mit einem kollimierenden und/oder der Hohlraum, in dem sich das lichtdetektierende Mittel befindet, mit einem fokussierenden optischen Gegenstand abgeschlossen ist.
  3. Sensor nach Anspruch 2, wobei der kollimierende bzw. fokussierende Gegenstand kugelförmig ist.
  4. Sensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Hohlraum (HR) durch ein Rohr gebildet ist.
  5. Sensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Mittel zur Lichtemission bzw. Lichtdetektion ein Lichtwellenleiter (LW) ist.
  6. Sensor nach Anspruch 5, wobei der Lichtwellenleiter (LW) im Abstand (d) zum kugelförmigen Gegenstand angeordnet ist.
  7. Sensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der jeweilige Hohlraum (HR) des Sende- und Empfangsteils so mit einem Flansch (FL) verbunden ist, daß Sende-(S) und Empfangsteil (E) anschlußseitig zugänglich sind und der Sensor mittels des Flansches (FL) dicht in ein zu detektierendes Medium einbringbar ist.
  8. Sensor nach Anspruch 7, wobei der Sende-(S) und Empfangsteil (E) über den Flansch (FL) eines Heizstabes (HS) eines Wasch- oder Geschirrspülautomaten nach außen zugänglich sind.
  9. Sensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit mindestens zwei optischen Sensoren.
  10. Sensoranordnung nach Anspruch 9, wobei die Sensoren unterschiedlich lange Meßstrecken aufweisen.
  11. Sensoranordnung nach Anspruch 9 oder 10, wobei mindestens zwei Sensoren mit unterschiedlicher Wellenlänge betrieben werden.
  12. Sensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche wobei mindestens ein Sendeteil mit unterschiedlichen Wellenlängen betrieben wird.
  13. Sensor, vorzugsweise ein optischer Sensor, zur Messung der Trübung einer Wasch- oder Spülflüssigkeit in einem Haushaltsgerät, wobei der Sensor in den Heizstabflansch integriert ist oder über den Heizstabflansch eingebracht ist.
  14. Sensoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sende-(S) und die Empfangseinheit (E) mechanisch starr miteinander verbunden sind.
  15. Sensoranordnung nach Anspruch 14, wobei die mechanisch starre Verbindung durch den Hohlraum (HR) mindestens einer weiteren Sende- (S) und/oder Empfangseinheit (E) gebildet ist.
EP97113077A 1996-08-06 1997-07-30 Optischer Sensor Ceased EP0823628A3 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP02010027A EP1233263A3 (de) 1996-08-06 1997-07-30 Sensor für ein Haushaltsgerät

Applications Claiming Priority (2)

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